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Pascal POMAREDE, Fodil MERAGHNI, Stéphane DELALANDE, Nico DECLERCQ - Détection etsuivi de l’endommagement anisotrope par méthode ultrasonore dans un composite à renfort tisséet matrice polyamide PA 66/6 - 2017
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Pascal POMAREDE, Fodil MERAGHNI, Stéphane DELALANDE, Nico DECLERCQ - Détection etsuivi de l’endommagement anisotrope par méthode ultrasonore dans un composite à renfort tisséet matrice polyamide PA 66/6 - 2017
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Détection et suivi de l’endommagement anisotrope par méthode ultrasonore
dans un composite à renfort tissé et matrice polyamide PA 66/6
Detection and evaluation of anisotropic damage with ultrasonic method in a glass
woven fabric reinforced polyamide PA 66/6/ composite
Pascal Pomarede1, Fodil Meraghni
1, Stéphane Delalande
2 et Nico F. Declercq
3
1: LEM3, UMR CNRS 7239
Art et Métiers Paris Tech
4 Rue Augustin Fresnel, 57078 Metz
2: PSA Group– Centre Technique Vélizy
PSA Peugeot Citroën
Route de Gisy, 78943 Vélizy-Villacoublay
3: Georgia Tech-CNRS UMI 2958
Georgia Tech Lorraine - G.W. Woodruff School of Mechanical Engineering 2 Rue Marconi, 57070 Metz
Résumé
Un composite polyamide 66/6 renforcé par un tissu à armature sergée de 2,2 en fibres de verres a été étudié par une
méthode ultrasonore avancée. Les mécanismes d’endommagement de ce type de matériau dépendent de la nature de
sollicitation et de l’architecture du renfort, en particulier de l’orientation des fibres. Dans ce travail, une sollicitation en
traction a été considérée pour deux configurations d’orientation des éprouvettes : (i) orientée suivant la direction
d’écoulement (sens du renfort chaine) et (ii) orientée à 45° de celle-ci. Différents niveaux d’endommagement ont été
induis pour ces deux configurations d’échantillons, jusqu’à des niveaux proches de la rupture. Une première estimation
de l’endommagement est obtenue à travers la baisse du module d’élasticité et sert de référence. Pour chaque niveau
d’endommagement, une méthode ultrasonore de mesure du tenseur de rigidité est ensuite utilisée sur chaque
échantillon. Un schéma différent d’évolution anisotrope de l’endommagement a été observé pour chaque configuration
d’échantillon.
A partir des signaux obtenus par mesure ultrasonore, un nouvel indicateur d’endommagement a été proposé. Cet
indicateur est basé sur la mesure de déphasage du signal ultrasonore par rapport à un signal obtenu sur éprouvette non
endommagée. Le nouvel indicateur s’est révélé plus sensible à la dégradation du matériau comparativement à
l’indicateur d’endommagement classique fondé sur la réduction du module d’élasticité. Les deux indicateurs ont montré
une évolution importante de l’endommagement lors de chargement en traction à 45°de la direction d’écoulement
gouverné par un mode de cisaillement.
Abstract
In this study a polyamide 66/6 based composite reinforced with twill woven glass fabric is investigated using an
advanced ultrasonic method. It is well established that the damage scheme of those of composites depends on both
applied loading and fiber’s orientations. Tensile tests on samples oriented (i) along the mold flow direction and (ii) at
45° of this direction were performed. Increasing stress levels were applied on those two samples configurations until
composite final failure. A stiffness constants measurement using ultrasound is then carried out for each applied stress
level. Different damage schemes were observed for the two samples configuration.
Based on the transmitted ultrasonic signals acquisitions a new damage indicator is proposed. It is based on the phase
shift between the signal measured on a damaged sample and the signal from a reference sample. The new ultrasonic
damage indicator is proven to be highly sensitive to the material degradation. It has been compared to the classical
damage indicator based on the modulus reduction measured during tensile tests. Due to predominance of shear stress,
both damage indicators exhibit a higher evolution for the samples oriented at 45° than those oriented at 0°.
Mots Clés : Composite à base polymères, Contrôle Non Destructif (CND), Indicateur d’endommagement
Keywords : Polymer based composite, Non Destructive Evaluation (NDT), Damage indicator
1. Introduction
Les matériaux composites à base polymères sont de plus en plus présents dans l’industrie
automobile. Plus spécifiquement, les composites à renfort tissé font l’objet de nombreuses
recherches actuellement [1–3]. Cet engouement est dû notamment à leurs intéressantes propriétés
comparées aux matériaux composites à renfort discontinus ou non architecturés. En plus de la
réduction de la densité par rapport aux matériaux métalliques utilisé classiquement, les composites
tissés vont proposer un meilleure équilibre des propriétés mécaniques dans le plan du composite et
une meilleure résistance au sollicitions hors plan. Cette dernière caractéristique a favorisé le choix
de l’industrie automobile d’introduire ce type de composite dans la problématique de substitution
métal/composite.
Néanmoins, ces matériaux composites ont une cinétique d’endommagement et des mécanismes
associés relativement complexe. L’identification de cette cinétique nécessite une investigation des
modes d’endommagement pour différents cas de sollicitations mécaniques. Elle requiert donc le
développement de techniques de contrôle et de détection appropriées et résolument efficaces en
termes de sensibilité aux modes de dégradation des composites. Elles doivent pouvoir être utilisées
pour contrôler des pièces automobiles pour toutes les différentes étapes allant de l’élaboration
jusqu’au contrôle en service de façon non destructif (CND).
Les méthodes basées sur les ultrasons ont rapidement été choisies pour la suite de cette étude grâce
à leur flexibilité, la multiplicité des méthodes et leur facilité de mise en œuvre. Parmi les
nombreuses méthodes de CND ultrasonores, la méthode d’évaluation des constantes de rigidité par
mesures de vitesses de propagation des ondes est particulièrement notable. Etudié par Markham [4]
sur un matériau composite isotrope transverse, elle a permis d’obtenir l’ensemble du tenseur
d’élasticité du matériau, permettant une analyse complète de l’anisotropie de l’échantillon. La
méthode a ensuite été utilisée pour évaluer l’endommagement, par réduction de modules
d’élasticité, d’échantillon sollicité en impact [5, 6] et en traction [7]. Cette méthode peut en effet
donner accès à de nombreuses informations sur l’anisotropie de l’endommagement et donc
alimenter des modèles de comportement de matériaux composites. Cependant, elle ne permet pas de
quantifier un indicateur d’endommagement pouvant être facilement et rapidement interprétable sur
composant en service. En effet, la méthode de contrôle et quantification de l’endommagement doit à
terme pouvoir être facilement utilisable à la fois sur lignes de production et sur véhicules en service.
La présente étude propose un indicateur d’endommagement pouvant répondre à cette
problématique. Cet indicateur évalue le déphasage du signal par rapport à un cas de référence sans
endommagement. Comme il se base sur des mesures pour différentes valeurs d’angle d’incidence
cet indicateur peut fournir des informations sur l’évolution de l’endommagement pour différentes
orientations du matériau testé.
Durant cette étude, un composite polyamide 66/6 renforcé par un tissu (sergé 2/2) de fibres de verre
sera analysé. Plus spécifiquement, on considère deux configurations d’échantillons. Dans la
premiere, les éprouvettes ont été découpées suivant le sens du renfort chaîne (orientation 0°) tandis
que pour la deuxième les échantillons sont orientés à 45° par rapport au sens chaine. Ce dernier
correspondant à la direction d’écoulement de la résine lors de l’injection de la plaque composite.
Ces deux configurations d’éprouvette permettent de considérer deux cas de chargement générant
deux cinétiques d’endommagement différentes : le premier gouverné par une contrainte de traction
tandis que le deuxième est plutôt gouverné par une prédominance des contraintes de cisaillement
plan. Les deux configurations d’échantillons seront sollicitées en traction interrompue à différents
niveaux de contraintes induisant ainsi une dégradation progressive et graduelle dans ces
échantillons. Une première estimation de l’endommagement est faite par calcul de la réduction de
module. Outre l’évaluation des constantes de rigidité par ultrasons, le nouvel indicateur
d’endommagement estimé à travers le déphasage de signaux ultrasonores est analysé pour les deux
configurations d’échantillons testés. Une comparaison avec les baisses de modules a démontré la
pertinence et la sensibilité du nouvel indicateur pour traduire l’endommagement anisotrope dans le
composite étudié.
2. Matériaux et essais mécaniques
Le matériau composite qui est étudiés ici
est un polyamide 66/6 renforcé par un tissu sergé
de fibres de verre développé par DuPont De
Nemours. Il compte trois couches de renfort pour
une épaisseur total de 1.5mm. 10 échantillons
rectangulaire de 150mm X 45mm ont été
découpés pour deux orientations de fibres
différentes. 6 échantillons sont orientés suivant le
sens chaîne et 4 sont orientés à 45° du sens chaîne
(Fig. 1). Après découpe, tous les échantillons sont
placés dans une enceinte hygrométrique afin de
garantir un taux d’humidité relative de RH 50%
du matériau testé.
Les échantillons sont ensuite endommagés par des essais de traction à différents niveaux de
contraintes. 1 échantillon de la configuration 0° et 1 de la configuration 45° sont laissés intacts pour
servir de référence. Les niveaux de chargement choisis sont précisés dans le Tab. 1.
Echantillon 1 2 3 4 5 6
Orientation 0° 0° 0° 0° 0° 0°
Niveau de
chargement 0 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎° 30.8 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎° 46.3 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎° 61.7 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎° 77.2 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎° 92.6 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟎°
Déformation 0 0.005 0.007 0.010 0.013 0.016
Endommagement 0 0.038 0.061 0.074 0.086 0.089
Echantillon 7 8 9 10
Orientation 45° 45° 45° 45°
Niveau de
chargement 0 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟒𝟓° 30.5 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟒𝟓° 61.1 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟒𝟓° 91.6 %𝝈𝑼𝑻𝑺𝟒𝟓°
Déformation 0 0.021 0.082 0.162
Endommagement 0 0.083 0.208 0.371
Tous les essais de traction présentés ici ont été réalisés sur une machine Zwick Roell Z050 en
suivant la même procédure. Les échantillons sont chargés en traction à une vitesse de déformation
de 10-4
s-1
jusqu’aux valeurs de contrainte ciblés. Ces niveaux de chargement sont visibles sur la
courbe contrainte/déformation (Fig. 2) pour les configurations d’échantillons orientés à 0° et à 45°
du sens chaine. Les échantillons subissent ensuite une décharge élastique jusqu’à 10N puis une
recharge jusqu’à atteindre une déformation de 0.4%. Ceci permet de mesurer l’endommagement
induit pendant le chargement à travers la baisse du module d’élasticité. L’endommagement est alors
calculé comme la réduction du module élastique : 𝑫 = 𝟏 −𝑬𝒏
𝑬𝟎, avec E0 le module d’élasticité de
l’échantillon lors du premier chargement et En le module d’élasticité de l’échantillon lors du
rechargement.
Table. 1 : Niveaux de contrainte appliquées et de déformation atteintes pour les deux configurations
d’échantillons respectivement orientés à 0° et 45° par rapport au sens chaine. Sont également indiqués
l’endommagement induis mesuré par réduction du module élastique après une décharge. RH50 %
Fig. 1. Positions d’un échantillon orientés à
0° et d’un échantillon orienté à 45° sur la
plaque initial
On peut noter tout d’abord que le comportement est bien différent pour les deux configurations
d’échantillons. C’est-à-dire ductile et gouverné par la matrice pour la configuration 45° et fragile et
gouverné par les fibres pour la configuration 0°. Ceci est confirmé par l’évolution de
l’endommagement représentée sur la Fig.3. Le choix de concentrer l’étude sur ces deux cas
extrêmes de chargement en traction est ainsi conforté. Cette évolution de l’endommagement servira
de point de comparaison pour le reste de l’étude.
3. Mesure des coefficients de rigidité par ultrasons
3.1 Principe de la méthode
Cette méthode est basée sur la mesure de la vitesse de propagation des ondes dans le matériau
considéré pour différents angles d’incidence. En effet, on peut montrer que cette vitesse de
propagation est directement reliée aux propriétés de rigidité du matériau. En considérant alors un
Fig. 3. Evolution de la réduction du module élastique pour différent
niveaux de chargement pour les deux cas d’orientation d’échantillons
Fig. 2. Courbe typique contrainte/déformation du polyamide 66/6 renforcé par un tissus de fibre de verre pour
une orientation suivant et à 45° du sens chaine. Les niveaux de contraintes choisis sont schématisés en rouge
nombre suffisant de direction de propagation, il est alors possible de reconstituer l’ensemble du
tenseur de rigidité. Pour cela, nous utilisons l’équation dites de Christoffel :
(𝐶𝑖𝑗𝑘𝑙𝑛𝑘𝑛𝑗 − 𝜌𝑣2𝛿𝑖𝑗)𝑈𝑙 = 0
Avec C le tenseur de rigidité, n le vecteur normal au plan de propagation de l’onde, 𝜌 la densité de
l’échantillon, 𝑣 la vitesse de phase et 𝛿 le symbole de
Kronecker.
La vitesse de propagation des ondes est obtenue
expérimentalement par la mesure d’un délai temporel 𝛿𝑡. Il
s’agit de la différence entre le temps de parcours de l’onde de
l’émetteur au receveur avec l’échantillon et le temps de
parcours sans l’échantillon. Il est alors possible d’obtenir
l’angle de réfraction et la vitesse de propagation correspondante
à l’aide des deux équations suivantes :
𝜃𝑟 = atan (sin (𝜃𝑖)
cos(𝜃𝑖) −𝑉0𝛿𝑡
𝑒
)
𝑉𝑝 =sin(𝜃𝑟) ∗ 𝑉0
sin (𝜃𝑖)
Ceci permet d’obtenir un set de vitesse de propagation d’onde pour différentes directions de
propagations ou différents angles d’incidence. Pour un matériau orthotrope, des mesures dans les
trois plans principaux sont nécessaires afin d’avoir un tenseur de rigidité complet traduit par 9
constantes indépendantes. On peut définir alors un problème de minimisation surdéterminé de
l’équation de Christoffel. Afin de le résoudre, nous proposons d’utiliser une approche de
minimisation des moindres carrés basée sur l’algorithme de Levenberg-Marquardt. La fonctionnelle
a minimisée est la suivante :
𝐹(𝐶𝑖𝑗) = ∑[𝑉𝑒𝑥𝑝 − 𝑉𝑛𝑢𝑚(𝐶𝑖𝑗)]2
𝑛
, 𝑤𝑖𝑡ℎ 𝑛 ∶ 𝑙𝑒 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑡𝑒𝑠𝑠𝑒𝑠 𝑒𝑥𝑝é𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑒
Afin d’initialiser l’algorithme, une première estimation de la solution, i.e. le tenseur de rigidité,
obtenus par homogénéisation périodique est utilisé [8]. Une estimation de l’intervalle de confiance
est également calculée pour chacune des composantes de rigidités obtenues par optimisation. Ces
intervalles sont calculés à l’aide de la matrice de covariance noté ϕ :
ϕ =𝑟𝑡 ∗ 𝑟
𝑛 − 𝑚∗ ([𝐽]𝑡 ∗ [𝐽])
−1
avec [𝐽] =𝜕𝐹(𝐶𝑖𝑗)
𝜕𝐶𝑖𝑗la matrice jacobienne, r : le vecteur des résidus après calcul d’optimisation
(Autrement dit, la valeur de la fonctionnelle calculée avec la matrice de rigidité obtenue), m : le
nombre de composantes de rigidité a identifiés et n : le nombre de valeurs de vitesses
expérimentales utilisé pour l’identification. Les valeurs d’intervalles de confiance sont ensuite
extrait de la diagonale de la matrice jacobienne tel que :
2.1 MHz
Fig. 4. Pulse emis (Haut) et spectre
associés (Bas) d’un transducteur 2.25 Mhz
𝑐𝑖(𝑖) = √ϕ𝑖𝑖
Pour utiliser l’équation de Christoffel, le matériau étudié doit être considéré comme homogène.
Pour satisfaire expérimentalement cette condition, nous devons travailler avec des fréquences pour
lesquels la longueur d’onde est supérieure au plus petit élément de la microstructure c’est-à-dire les
fibres. C’est pourquoi il a été décidé d’utiliser un transducteur à immersion Panasonic centré à 2.25
MHz. Le signal émis ainsi que le spectre résultant peut être observé sur la Fig. 4. Les essais ont été
réalisés à Georgia Tech Lorraine à l’aide d’un scanner à immersion spécialement conçu par
Inspection Technology Europe BV. Le signal est émis par un système dual pulser-receiver DPR500
conçu par JSR Ultrasonics. Les essais sont paramétrés à l’aide du logiciel Winspect, qui sert
également de plateforme d’acquisition.
3.2 Echantillons orientés à 0° du sens chaîne
Tout d’abord, nous pouvons noter que les valeurs de rigidités obtenues expérimentalement sont
proches de celles déterminées par homogénéisation périodique. Pour rappel 6 échantillons, et donc
6 niveaux de chargement en contrainte, ont été considérés pour cette orientation. Ces valeurs de
contraintes s’échelonnant de 0 à 92% de la charge à rupture suivant le sens chaîne. L’évolution des
valeurs de rigidité résultante est visible sur la Fig. 5 avec une interpolation de 3éme ordre pour une
meilleure visibilité.
Il peut tout d’abord être noté que les valeurs de C11 et C13 vont décroitre de manière importante
avec l’augmentation du chargement. Une diminution plus mesuré de C12 et C55 est également
visible. Compte tenus du type de chargement (traction à 0°), les coefficients C33, C22 et C44 ne
présentent quant à eux presque aucune évolution en fonction du chargement. L’impact du
chargement se fait principalement sur les composantes de rigidités dépendant de la direction de
chargement en traction (ici la direction 1). Il s’agit donc des composantes C11, C13 et C12.
Fig. 5. Evolution des constantes de rigidités obtenues par mesures ultrasonores sur le set
d’échantillon orienté suivant le sens chaîne et intervalles de confiance associés
3.3 Echantillons orientés à 45° du sens chaîne
Pour le cas des échantillons orientés à 45° du sens chaîne, les composantes qui dépendent de la
direction de chargement ne vont pas évoluer dans un premier temps (Fig. 6). Elles vont en revanche
décroitre une fois des hautes valeurs de chargement (61%𝝈𝑼𝑻𝑺𝟒𝟓°) atteintes, particulièrement les
composantes C11 et C13. Les composantes de cisaillement C44 et C12 vont diminuer dès le début du
chargement. Néanmoins, les composantes C33 et C55 ne vont pas évoluer significativement. Ceci
mène à un schéma d’endommagement très différent de celui observé pour les échantillons orientés
suivant le sens chaîne (0°). Dans ce cas, l’impact du cisaillement est beaucoup plus présent comme
il peut être attendu au regard du cas de chargement à 45°. Cet impact est correctement détecté par la
méthode ultrasonore.
La pertinence de cette méthode pour évaluer l’endommagement est donc bien validée. Sa capacité à
délivrer des informations sur l’anisotropie de l’endommagement en fait une grande aide dans le
milieu du Contrôle Non Destructif des matériaux composites.
4. Proposition d’un nouvel indicateur d’endommagement
La méthode de mesure de constantes de rigidité par ultrasons est capable de donner de
nombreuses informations sur l’échantillon testé. Néanmoins, deux facteurs peuvent limiter son
application sur composant en service (mesure operando). Tout d’abord, cette profusion
d’information peut être pénalisante pour pouvoir donner un diagnostic définitif et clair sur l’état
d’endommagement d’une pièce. De plus, l’étape de post-traitement fondé sur une méthode inverse
peut être relativement longue et nécessiter plusieurs itérations avant convergence. C’est pour cela
qu’un nouvel indicateur d’endommagements basé sur cette méthode de mesures des constantes de
rigidité est proposé. Cet indicateur est basé sur les signaux ultrasonores directement obtenus par la
méthode décrite précédemment. Il a l’avantage de prendre en compte l’aspect analyse pseudo-3D de
l’échantillon permettant une sensibilité à l’anisotropie de l’endommagement. Là où une analyse à
angle d’incidence fixé peut ne pas être suffisante pour évaluer efficacement l’importance de
l’endommagement. Plus spécifiquement, le présent indicateur est basé sur la mesure du déphasage
Fig. 6. Evolution des constantes de rigidités obtenues par mesures ultrasonores sur le set
d’échantillon orienté à 45° du sens chaîne et intervalles de confiance associés
entre le signal ultrasonore mesuré et le signal équivalent obtenu sur un échantillon de référence sain.
Avec l’hypothèse d’homogénéité du matériau, la propagation de l'onde ultrasonore n’est pas
perturbée par la microstructure du composite grâce au choix pertinent des fréquences du
transducteur (2.25MHz). Ainsi la faible perturbation du signal par l’apparition de
l’endommagement est principalement visible sous forme d’atténuation de l’amplitude ou de
changement dans la vitesse de propagation. Cet indicateur est calculé comme suit :
𝐷𝐼 =1
𝑛∗ ∑ 𝑎𝑏𝑠(𝑝ℎ(𝑛)̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ − 𝑝ℎ0(𝑛)̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅)
𝑛𝑚𝑎𝑥
0
,
𝑝ℎ(𝑛)̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ =1
𝑠𝑝∗ ∑ 𝑝ℎ(𝑡, 𝑛)
𝑡
𝑝ℎ(𝑡, 𝑛) = atan (𝐼𝑚(𝐻(𝑡, 𝑛)̃ )
𝑅𝑒𝑎𝑙(𝐻(𝑡, 𝑛)̃ )) = 𝐼𝑚 (𝐿𝑜𝑔(𝐻(𝑡, 𝑛)̃ )) ,
𝑤𝑖𝑡ℎ : 𝑛: 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟
𝑠𝑝 ∶ 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡𝑠 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑙𝑢𝑎𝑡𝑒𝑑 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙
𝐻(𝑛)̃ : 𝐻𝑖𝑙𝑏𝑒𝑟𝑡 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚 𝑜𝑓𝑡ℎ𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑠𝑒 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙 𝑓𝑜𝑟 𝑎 𝑔𝑖𝑣𝑒𝑛 𝑛
L’évolution de l’indicateur avec l’augmentation du niveau de contrainte est représentée sur la Fig.
7 pour les deux configurations d’échantillons. Le déphasage est bien sensible au niveau
d’endommagement et augmente avec ce dernier. De plus, on peut noter que l’indicateur renvoie une
plus grande évolution pour la configuration à 45° du sens chaine que pour celle à 0°. Nous
retrouvons la tendance observée avec la mesure de l’évolution du module élastique présentée dans
la partie 2).
5. Conclusion
Durant cette étude, l’évolution et la quantification de l’anisotropie de l’endommagement
dans un composite à renfort tissé a été examiné par méthode ultrasonores. Plus spécifiquement, des
échantillons orientés à 0° et 45° du sens chaine ont été considérés. Une augmentation de
l’endommagement en traction beaucoup plus importante pour la configuration d’échantillons
Fig. 7. Evolution des constantes de rigidités obtenues par mesures ultrasonores sur la
configuration d’échantillon orienté à 45° du sens chaîne
orientés à 45° a été observée. Cette différence a été mise en relation avec la présence plus
importante d’effort de cisaillement durant l’essai de traction. Cette influence du cisaillement a pu
être observée lors de la mesure par méthode ultrasonore des coefficients de rigidité des échantillons
pour différent niveau de chargement. En effet, un schéma d’endommagement différent a été noté
pour les deux configurations. Les composantes dépendant de la direction de chargement (noté 1)
étant plus sollicités dans le cas 0°. Les composantes de cisaillement ainsi que les composantes
dépendant des directions 1 et 2 étant quant à elles plus sollicité dans le cas 45°. Ceci a validé la
pertinence de l’utilisation de cette technique de CND pour évaluer l’endommagement dans le
matériau composite étudié. Un nouvel indicateur d’endommagement basé sur les signaux obtenus
pour la détermination des coefficients de rigidité a ensuite été proposé. Celui-ci est basé sur une
évaluation du déphasage du signal transmis par rapport à un signal obtenu sur échantillon de
référence non endommagé. Cet indicateur présente une évolution plus importante dans le cas des
échantillons orientés à 45° du sens chaîne. Ceci en accord avec la première évolution de
l’endommagement, obtenu par réduction du module élastique lors des essais mécaniques.
Afin de pouvoir appliquer cette nouvelle méthode de quantification de l’endommagement en milieu
industriel, il est envisagé d’utiliser une méthode ultrasonore à couplage dans l’air plutôt que dans
l’eau. Ceci permettrait d’intégrer cette méthode CND à une ligne de production ou pour une pièce
en service plus efficacement. Une autre extension serait d’utiliser des transducteurs au contact
pouvant contrôler les échantillons à incidence variable. La méthode pourrait ainsi être portable et ne
plus nécessiter de système de déplacement des transducteurs.
Remerciements
Ce travail est financé par le groupe PSA et réalisé dans le cadre de l’OpenLab Materials and
Processes. Cet OpenLab implique le groupe PSA, les Arts et Metiers ParisTech et Georgia Tech
Lorraine.
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